Американские химики получили N-гетероциклический карбен, который оказался устойчивым в водном растворе. Он не протонировался водой и не реагировал с нуклеофилами за счет объемных карборановых заместителей. Исследование опубликовано в Science Advances.
Карбены представляют собой органические вещества с двухвалентным атомом углерода в своей структуре. Этот атом углерода обычно имеет неподеленную электронную пару и свободную орбиталь, за счет чего карбены очень реакционноспособны по отношению к нуклеофилам и электрофилам. N-гетероциклические карбены устойчивее других за счет электронных эффектов двух атомов азота, находящихся рядом с карбеновым центром. Но даже они быстро разлагаются на воздухе.
Химики под руководством Винсента Лавалло (Vincent Lavallo) из Калифорнийского университета в Риверсайде недавно показали, что N-гетероциклические карбены могут быть устойчивы не только на воздухе, но даже в водном растворе.
Чтобы получить такой карбен, ученые ввели в молекулу прекурсора N-гетероциклического карбена два объемных кластерных заместителя (карборана), в которых между собой были связаны девять атомов бора и один атом углерода. При этом каждый бор образовывал связь с другими атомами бора, а единственный атом углерода в кластере присоединялся к карбеновому фрагменту. Далее, чтобы повысить устойчивость будущего карбена, химики прохлорировали эти заместители. Теперь каждый атом бора был связан с атомом хлора.
Полученный хлорированный прекурсор химики смешали с гексаметилдисилазидом лития — сильным основанием. При этом образовался N-гетероциклический карбен. Ученые охарактеризовали его с помощью ЯМР-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа. В процессе работы они заметили, что если оставить неплотно закрытую ЯМР-ампулу с раствором карбена на воздухе, его ЯМР-спектр не меняется — то есть, карбен не разлагается. Тогда они добавили в раствор карбена в тетрагидрофуране дистиллированную воду. К удивлению ученых, даже после добавления воды ЯМР-спектр тоже никак не изменился. Так они выяснили, что полученный карбен устойчив в водном растворе.
Далее ученые показали, что их карбен не только стабилен в воде, но и получить его можно в водном растворе. Они смешали прекурсор карбена и гидроксид лития в смеси воды и тетрагидрофурана — в результате образовался чистый карбен без признаков разложения.
Так химики впервые получили стабильный в воде карбен. Причем он не реагировал не только с водой, но и с комплексами разных переходных металлов, гетерокумуленами и элементарным селеном. Авторы статьи предполагают, что низкая реакционная способность полученного карбена связана с акцепторными и большими карборановыми заместителями, которые «защищают» карбен от других молекул.
Ранее мы рассказывали о том, как химики впервые получили стабильный при комнатной температуре кристаллический нитрен.